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1、课程设计说明书—牛 头 刨 床 1. 机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时,由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每次削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空
2、回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减少主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。 图1-1 1．导杆机构的运动分析 已知 曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。 要求 作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。 1.1 设计数据 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5
3、6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。 设 计 内 容 导
4、 杆 机 构 的 运 动 分 析 导杆机构的动态静力分析 符号 n2 L0204 L02A L04B LBC L04S4 XS6 YS6 G4 G6 P YP JS4 单位 r/min mm N mm kgm2 方 案 Ⅰ 60 380 110 540 0.25 L04B 0.5 L04B 240 50 200 700 7000 80 1.1 Ⅱ 64 350 90 580 0.3 L04B 0.5 L04B 200 50 220 800 9000 80 1.2 Ⅲ 72
5、 430 110 810 0.36 L04B 0.5 L04B 180 40 220 620 8000 100 1.2 1.2曲柄位置的确定 曲柄位置图的作法为：取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。 第五章 选择设计方案 1机构运动简图 图1-2 2、选择表Ⅰ中方案Ⅱ 取第方案的第7位置和第12位置（如下图1-3）。 图
6、1-3 2、曲柄位置“7’”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 取曲柄位置“7’”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“1”。 取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 υA4=υA3+υA4A3 大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B 取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-4。 图１—4 则由图1-4知，，υA4=pa4·μv=28.33743629×0.01 =0.2833743629m/s υA4A3=a3a4·μv=53.2
7、477258×0.01=0.532477258m/s O4A=383.14488122 mm 由速度影像定理得υB5=υB4=υA4·O4B/ O4A=0.428968617m/s 又 ω4=υA4/ lO4A=0.739601064rad/s 取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得 υC5=υB5+υC5B5 大小 ? √ ? 方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC 其速度多边形如图1-4所示，有 υC5= ·μv=42.07193291×0.01m/s =0.4207193291m/s υC5B5=·μv=9.7420
8、2042×0.01 m/s = 0.0974202042m/s ωCB=υC5B5／lCB=0.0974202042/0.174 rad/s = 0.559886229rad/s 取曲柄位置“7’”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“1”.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得 aA4= a A4n+ a A4t= a A3n + a A4A3k + a A4A3r 大小 ? 0 ? √ 0 ? 方向 ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右）
9、 ∥O4B（沿导路） 取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm,作加速度多边形图1-5 图1-5 则由图1─5知， a A4t= a4´a4″·μa =277.76598448×0.01 m/s2 =2.7776598448m/s2 = k´a4´·μa=168.96093044×0.01 m/s2 =1.6896093044m/s2 α4″= a A4t∕lO4A =2.7776598448∕0.38314488rad／s2 =7.249633204 rad／s2 a A4 = p´
10、a4´·μa = 278.55555401×0.01m/s2 =2.7855555401m/s2 用加速度影象法求得 a B5 = a B4 = a A4 ×lO4B/lO4A= 2.7855555401×580/383.14488122m/s2 =4.216739653 m/s2 又 a C5B5n =ω52·lCB= 0.5598862292×0.174 m/s2 =0.05454423 m/s2 取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得 aC5= aB5+ aC5B5n+ aC5B5τ 大小 ? √ 0 ? 方向 ∥xx √
11、C→B ⊥BC 其加速度多边形如图1─5所示，有 aC5B5t= C5´C5″·μa =64.40968945×0.01 m/s2 =0.6440968945m/s2 α5″=/lCB =0.6440968945/0.174 rad／s2 =3.701706287 rad／s2 aC5 = p´C5´·μa = 413.17316272×0.01m/s2 =4.1317316272 m/s2 1、曲柄位置“12”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 取曲柄位置“12”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直
12、于O2 A线，指向与ω2一致。 ω2=2πn2/60 rad/s=6.70rad/s υA3=υA2=ω2·lO2A=6.70×0.09m/s=0.603m/s（⊥O2A） 取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 υA4=υA3+υA4A3 大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B 取速度极点P，速度比例尺µ1=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2 图1-2 则由图1-2知， υA4=·μ1=32.28002512×0.01m/s=0
13、3228002512m/s
14、 υA4A3=·μ1=51.2913961×0.01m/s=0.512913961m/s 用速度影响法求得， υB5=υB4=υA4×O4B/O4A=0.3228002512×580/293.47849337 m/s=0.637948435m/s 又
15、 ω4=υA4/ lO4A=0.3228002512/0.29347849337 rad/s=1.099911096 rad/s 取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 υC5=υB5+υC5B5 大小 ? √ ? 方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC 取速度极点P，速度比例尺μ1=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。 则由图1-2知， υC5= ·μ1=62.30007022×0.01m/s=0.6230007022m/s
16、 υC5B5=·μ1=14.36557333×0.01m/s=0.1436557333m/s ωCB=υC5B5/lCB=0.1436557333/0.174 rad/s=0.82560766 rad/s 2.加速度分析： 取曲柄位置“12”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连， 故=,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。 ω2=6.70rad/s, ==ω22·LO2A=6.702×0.09 m/s2=4.04m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4τ= aA3n + aA4A3
17、K + aA4A3r 大小: ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ? 方向： B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向左） ∥O4B（沿导路） 取加速度极点为P＇,加速度比例尺µ2=0.04（m/s2）/mm, 作加速度多边形如图1-3所示 则由图1-3知, aA4τ=A’A4·μ2=112.831951×0.04m/s=4.51327804m/s2, α4＇= aA4τ/ LO4A=15.37856486 rad/s2 aA4A3r=A3A4·μ2 =252.5410172×0.04 m
18、/s2 =10.10168407 m/s2 aA4 = P´A4·μ2 =458.84456901×0.04m/s2 =18.35378276 m/s2 用加速度影象法求得aB5 = aB4 =18.35378276×580/293.47849377 m/s2 =36.27248411 m/s2 又ac5B5n=ωCB2·lCB=0.825607662×0.174 m∕s2=0.118603273 m∕s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得 ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5τ 大小 ? √ √ ? 方向 ∥XX
19、√ C→B ⊥BC 其加速度多边形如图1─3所示,有 aC5B5τ= B´C·μ2 =127.79349011×0.04 m/s2 =5.111739604 m/s2 ac5 =p ´C·μ2 =905.895656×0.04 m/s2= 36.23582624 m/s2 βC5= a C5B5τ/ιCB =5.111739604∕0.174 rad/s2=29.37781382 rad/s2 第七章．机构运态静力分析 取“12”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图1─6所示。 图1—6 已知P=0N，G6=800N，又ac=ac5=
20、36.23582624m/s2,那么我们可以计算 FI6=- G6/g×ac =-800/10×36.23582624m/s2=2898.866099N 又ΣF=P+G6+FI6+F45+FRI6=0，作为多边行如图1-7所示，µN=10N/mm。 图1-7 由图1-7力多边形可得： F45=CD·µN=298.947446×10N=2989.47446N FR16= AD·µN=87.03987932×10N=870.3987932N 在图1-6中，对c点取距，有 ΣMC=-P·yP-G6XS6+ FR16·x
21、FI6·yS6=0 代入数据得x=1177.555981mm 分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示 图1-8 µL=4。 已知： F54=-F45=2989.47446N，G4=220N aS4=aA4· lO4S4/lO4A=18.35378276×290/293.47849377m/s2=18.13618026m/s2 , βS4=β4=7.45rad/s2 由此可得FI4=-G4/g×aS4 =-220/10×18.13618026 N=-398.995965N MS4=-JS
22、4·αS4=-1.2×7.45 N·m= -8.94N·m 在图1-8中，对A点取矩得： ΣMA=G4×8.5+FI4×72.5+M+F54×144.5-F23×66.5=0 代入数据， 得F23=6088.915971N 又 ΣF=FR54+FR32+FS4'+G4+FO4n+FO4τ=0,作力的多边形如图1-9所示，µN=10N/mm。 图1-9 由图1-9可得： F23=CD·µN=608.8915971×10N=6088.915971N FO4n=CB·µN=281.87752571×10N=2818.775
23、2571N 对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图1-10所示， µL=1。 由图1-10可知， h2=85mm,则，对曲柄列平行方程有， ΣMO2=M-F42·h2=0 即 M-6088.915971×85×10-3=0， 即M=517.5578575 N·M 图1-10 第八章 参考文献 1、机械原理/孙恒，陈作模主编——六版——北京2001 2、理论力学Ⅰ/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——六版——北京2002.8 3、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编——北京1986.10 4、机械原理与课程设计 上册/张策主编——北京2004.9 第九章 总结 通过本次课程设计，对于机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。
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